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木質素是地球上碳密度最高、疏水性最強、穩(wěn)定性最好、占比最高的生物碳匯之一，其合成機制關系到“雙碳”目標（碳達峰、碳中和）的實現(xiàn)。
數(shù)十年來，人們通過基因工程等方法嘗試改造植物木質素的組成，然而由于人們對于木質素聚合過程認識的缺乏等原因，相關進展極其緩慢。
凱氏帶是植物根部內(nèi)皮層細胞一種特殊的木質化細胞壁，它與細胞質膜緊密錨定，形成控制植物水分和礦物質擴散的關鍵屏障，具有極其重要的生物學功能。
10月27日，澎湃科技從中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心獲悉，該中心晁代印研究組與英國諾丁漢大學大衛(wèi)·索爾特（David Salt）研究組合作，研究發(fā)現(xiàn)引導蛋白（Dirigent proteins，DPs）在植物凱氏帶建成和木質素聚合中的關鍵作用，從而為水分和養(yǎng)分高效利用的未來作物分子設計以及創(chuàng)制高效“碳匯”植物提供了新的理論。
前述研究成果27日在線發(fā)表在國際頂尖學術期刊《科學》（Science）上，論文標題是《引導蛋白復合物指導木質素的聚合和根部擴散屏障的組裝》（Adirigent protein complex directs lignin polymerization and assembly of the rootdiffusion barrier）。
稍早前，8月31日，晁代印研究組發(fā)現(xiàn)了水稻中凱氏帶與細胞質膜錨定粘連的分子機制，但凱氏帶木質素聚合和精準沉積的分子機制仍然懸而未決。
在最新發(fā)表的研究中，研究人員在擬南芥中鑒定到一組6個定位于根內(nèi)皮層細胞凱氏帶的引導蛋白。
利用一系列分子遺傳學、離子組學和細胞生物學的前沿技術，研究者發(fā)現(xiàn)，這組蛋白是調控木質素在凱氏帶處精準沉積的決定性因子，也是維持凱氏帶與細胞質膜緊密連接的必需因子。
這類引導蛋白如果突變，會直接影響了凱氏帶的形成以及凱氏帶處的膜-壁緊密連接，進而嚴重擾亂了植物體內(nèi)的礦質元素平衡和植物對鹽旱逆境的適應性。
這一研究結果刷新了人們對凱氏帶形成過程的認知。
凱氏帶對于作物的營養(yǎng)利用效率和鹽旱逆境的適應性方面具有巨大作用，因此也是培育高產(chǎn)高效、營養(yǎng)耐逆作物品種的重要靶點。而這一研究突破無疑會對這些努力產(chǎn)生巨大的推動作用。
該研究大大加深了人們對于木質素聚合過程的理解，首次證實木質素的聚合是由引導蛋白參與的。
英國諾丁漢大學植物與作物科學系高軼群博士和中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心黃金泉副研究員為該論文的共同第一作者。英國諾丁漢大學David Salt教授，Gabriel Castrillo副教授和中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心晁代印研究員為該論文的通訊作者。此外，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心陳曉亞研究員、法國國家科學研究中心LIPME研究所Guilhem Reyt博士、河北農(nóng)業(yè)大學薛培英副教授等也參與了該項工作。
該研究得到英國皇家學會牛頓國際基金項目，英國皇家學會牛頓基金高級學者項目，國家自然科學基金項目、中科院先導科技專項，國家重點研發(fā)計劃以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目資助。
[來源：中國環(huán)境網(wǎng)]
